Wzory Liceum i Gimnazjum - Karta Wzorów
W tym materiale
Podstawowe wzory fizyczne wykorzystywane w gimnazjum i liceum:
Kliknij na dział aby przeskoczyć bezpośrednio do niego:
1. RUCH PROSTOLINIOWY
2. RUCH PO OKRĘGU
3. RUCH OBROTOWY
4. RUCH DRGAJĄCY
5. GRAWITACJA
6. FALE
7. SPRĘŻYSTOŚĆ
8. ELEKTROSTATYKA
9. PRĄD STAŁY
10. POLE MAGNETYCZNE
11. PRĄD PRZEMIENNY
12. TERMODYNAMIKA
13. ATOM WODORU
14. OPTYKA
15. FIZYKA WSPÓŁCZESNA
16. HYDROSTATYKA
17. ASTRONOMIA
1. RUCH PROSTOLINIOWY
prędkość średnia: v_{sr}=\frac{\Delta{S}}{\Delta{t}}
prędkość: v(t)=v_{0}+at
droga: S(t)=v_{0}t+\frac{at^2}{2}
przyśpieszenie: \vec{a}=\frac{\Delta\vec{v}}{\Delta{t}} oraz \vec{a}=\frac{\vec{F}}{m}
pęd \vec{p}=m\vec{v}
siła tarcia: F_{T}=\mu \ F_{N}
praca W=\vec{F}\circ\vec{s}=F\; s\: \cos \sphericalangle (\vec{F},\vec{s})
energia kinetyczna: E_{kin}=\frac{mv^2}{2}
moc: P=\frac{\Delta{W}}{\Delta{t}}
\Delta - przyrost, zmiana
S - droga
t - czas
a - przyspieszenie
v, (v_{0}) - szybkość, (szybkość początkowa)
F - siła
m - masa
\mu - współczynnik tarcia
F_N - siła nacisku
\circ - iloczyn skalarny
2. RUCH PO OKRĘGU
częstotliwość: f=\frac{1}{T}
prędkość kątowa: \omega=\frac{\Delta{\alpha}}{\Delta{t}}=\frac{2\pi}{T}=2\pi f
przyspieszenie dośrodkowe: a_{d}=\frac{v^2}{r}
siła dośrodkowa: F_{d}=\frac{mv^2}{r}
T - okres
\alpha - kąt
r - promień krzywizny (w szczególności okręgu)
3. RUCH OBROTOWY
prędkość kątowa: \omega=\omega_{0}+\varepsilon t
kąt: \alpha(t)=\omega_{0}t+\frac{\varepsilon {t}^2}{2}
moment siły: \vec{M}=\vec{r}\times\vec{F},\qquad M=Fr\sin\sphericalangle(\vec{r},\vec{F})
moment bezwładności: I=\sum_{i=1}^{n}m_{i}r_{i}^{2}
moment pędu: J=I\omega
przyspieszenie kątowe: \varepsilon =\frac{M}{I}
energia: E_{kin}=\frac{I\omega^2}{2}
\omega_{0} - początkowa szybkość kątowa
r_{i} - odległość i-tej masy punktowej od osi obrotu
4. RUCH DRGAJĄCY
wychylenie: x(t)=A\sin( \omega t+\varphi )
prędkość: v_{x}(t)=A\omega \cos ( \omega t+\varphi )
przyśpieszenie: a_{x}(t)=-A\omega^{2} \sin ( \omega t+\varphi )=-\omega^2x(t)
siła: F_{x}(t)=-mA\omega^{2} \sin ( \omega t+\varphi )=-m\omega^2x(t)
wahadło matematyczne (dla małych wychyleń): T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g}}
masa na sprężynie: T=2\pi \sqrt{\frac{m}{k}}
A - amplituda
\varphi - faza początkowa
l - długość wahadła
k - współczynnik sprężystości
5. GRAWITACJA
siła: F_{g}=G\frac{m_{1}m_{2}}{r^2}
natężenie pola: \vec{\gamma}=\frac{\vec{F}_{g}}{m}
energia potencjalna : E_{pot}=-G\frac{m_{1}m_{2}}{r}
energia potencjalna : E_{pot}=mgh \quad tylko dla h\ll R_{z}
I prędkość kosmiczna (dla Ziemi): v_{I}=\sqrt{\frac{GM_{z}}{R_{z}}}\approx 7,9\frac{km}{s}
II prędkość kosmiczna (dla Ziemi): v_{II}=\sqrt{\frac{2GM_{z}}{R_{z}}}\approx 11,2\frac{km}{s}
m_{1},m_{2} - masy
h - wysokość względem powierzchni Ziemi
R_{z} - promień Ziemi
g - przyspieszenie ziemskie
G - stała grawitacji
M_{z} - masa Ziemi
6. FALE
długość fali: \lambda =vT=\frac{v}{f}
załamanie fali: \frac{v_{1}}{v_{2}}=\frac{\sin \alpha }{\sin \beta }=\frac{n_{2}}{n_{1}}=n_{2/1}
siatka dyfrakcyjna: n\lambda =d\sin \alpha
poziom natężenia dźwięku: L=10\log_{10}\!\left(\frac{I}{I_0}\right)\,\mathrm{dB}=\log_{10}\!\left(\frac{I}{I_0}\right)\,\mathrm{B}. Logarytm jest dziesiętny; jeden bel to dziesięć decybeli: 1\,\mathrm{B}=10\,\mathrm{dB}.
natężenie odniesienia: I_{0}=10^{-12}\frac{W}{m^2} (próg słyszalności dla tonu o częstotliwości 1 kHz)
efekt Dopplera: f=f_{zr}\frac{v\pm u_{ob}}{v\mp u_{zr}}
v - szybkość fali
\alpha - kąt padania
\beta - kąt załamania
n_1 (odp. n_2) - współczynnik załamania ośrodka 1 (odpowiednio 2) względem próżni, zwane też bezwzględnymi współczynnikami załamania
n_{2/1} - współczynnik załamania ośrodka 2 względem ośrodka 1, zwany też względnym współczynnikiem załamania
n - rząd widma (liczba naturalna)
d - stała siatki dyfrakcyjnej (odległość między środkami sąsiednich szczelin)
I - natężenie dźwięku; I_0 - natężenie odniesienia, odpowiadające umownemu progowi słyszalności dla tonu o częstotliwości 1 kHz
f - częstotliwość odbierana
f_{zr} - częstotliwość źródła
u_{ob} - szybkość obserwatora
u_{zr} - szybkość źródła
7. SPRĘŻYSTOŚĆ
siła sprężystości: \vec{F_{x}}=-k\,\vec{x}
energia: E_{pot}=\frac{k\: x^2}{2}
k - współczynnik sprężystości
x - odchylenie
8. ELEKTROSTATYKA
wartość siły Coulomba między ładunkami punktowymi w próżni: F=k\frac{|q_1q_2|}{r^2}; k=\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}. Ładunki jednoimienne odpychają się, a różnoimienne przyciągają.
natężenie pola: \vec{E}=\frac{\vec{F}}{q}
energia potencjalna: E_{pot}=k\frac{q_{1}q_{2}}{r}
potencjał elektrostatyczny: V=\frac{E_{pot}}{q}
pojemność elektryczna: C=\frac{Q}{U}
kondensator płaski: C=\varepsilon_{0} \varepsilon_{r} \frac{s}{d}
energia kondensatora: W=\frac{CU^2}{2}
łączenie kondensatorów - szeregowe: \frac{1}{C_{z}}=\sum_{i=1}^{n}\frac{1}{C_{i}}
łączenie kondensatorów - równoległe: C_{z}=\sum_{i=1}^{n}C_{i}
q, Q - ładunki
r - odległość między ładunkami
\varepsilon_{0}, \varepsilon_{r} - przenikalność elektryczna próżni, przenikalność elektryczna ośrodka
U - napięcie
9. PRĄD STAŁY
natężenie prądu: I=\frac{\Delta{Q}}{\Delta{t}}
prawo Ohma: I=\frac{1}{R}U
łączenie oporów - szeregowe: R_{z}=\sum_{i=1}^{n}R_{i}
łączenie oporów - równoległe: \frac{1}{R_{z}}=\sum_{i=1}^{n}\frac{1}{R_{i}}
opór: R=\rho \frac{l}{S}
prawo Ohma dla obwodów rzeczywistych I: I=\frac{\varepsilon }{R_{z}+R_{w}}
prawo Ohma dla obwodów rzeczywistych II: U=\varepsilon -IR_{w}
moc: P=IU
\rho - opór właściwy przewodnika
l - długość przewodnika
S - przekrój poprzeczny przewodnika
\varepsilon - siła elektromotoryczna ogniwa (SEM)
R_{z} - opór zewnętrzny
R_{w} - opór wewnętrzny ogniwa
U - napięcie
10. POLE MAGNETYCZNE
magnetyczna składowa siły Lorentza: \vec{F}_L=q(\vec{v}\times\vec{B}),\qquad F_L=|q|vB\sin\sphericalangle(\vec{v},\vec{B}). Znak ładunku wyznacza zwrot wektora; wartość siły jest nieujemna.
siła elektrodynamiczna: \vec{F_{eld}}=I(\vec{l}\times \vec{B}); F_{eld}=BIl\sin \sphericalangle (\vec{l},\vec{B}) Uwaga! Wzór prawdziwy w przypadku prostoliniowego przewodnika i jednorodnego pola magnetycznego! Wektor \vec{l} jest skierowany zgodnie z umownym kierunkiem prądu, a I oznacza jego nieujemne natężenie.
strumień pola magnetycznego: \Phi =\vec{B}\circ \vec{S}=BS\cos \sphericalangle (\vec{B},\vec{S})
przewód prostoliniowy: B=\frac{\mu_{o}\mu_{r}I}{2\pi r}
pojedynczy zwój: B=\frac{\mu_{o}\mu_{r}I}{2r}
zwojnica: B=\mu_{o}\mu_{r}N\frac{I}{l}
siła wzajemnego oddziaływania między równoległymi prostoliniowymi przewodami: F=\frac{\mu_{o}\mu_{r}I_{1}I_{2}l}{2\pi r}
SEM indukcji: \varepsilon_{i} =-\frac{\Delta{\Phi}}{\Delta{t}}
SEM samoindukcji: \varepsilon_{s}=-L\frac{\Delta{I}}{\Delta{t}}
indukcyjność zwojnicy: L=\mu_{0}\mu_{r}N^2\frac{S}{l}
q - ładunek
v - szybkość ładunku
B - indukcja pola magnetycznego
S - powierzchnia
\mu_{0}, \mu_{r} - przenikalność magnetyczna próżni, przenikalność magnetyczna ośrodka
N - ilość zwojów
L - współczynnik samoindukcji (indukcyjność)
11. PRĄD PRZEMIENNY
SEM - prądnica: \varepsilon =nBS\omega\sin \omega t
napięcie skuteczne: U_{sk}=\frac{U_{max}}{\sqrt{2}}
natężenie skuteczne: I_{sk}=\frac{I_{max}}{\sqrt{2}}
transformator: \frac{U_{1}}{U_{2}}=\frac{n_{1}}{n_{2}}=\frac{I_{2}}{I_{1}}
opór indukcyjny: R_{L}=X_{L}=L\omega =2\pi fL
opór pojemnościowy: R_{C}=X_{C}=\frac{1}{C\omega }=\frac{1}{2\pi fC}
częstotliwość rezonansowa obwodu LC: f=\frac{1}{2\pi \sqrt{LC}} wyprowadzone z X_{L}=X_{C}
zawada: Z=\sqrt{R^2 + X^2}=\sqrt{R^2+(X_{L}-X_{C})^2}=\sqrt{R^2+(L\omega -\frac{1}{C\omega })^{2}}
\omega - częstość kołowa
n_1, n_2 - ilość zwojów
C - pojemność kondensatora
12. TERMODYNAMIKA
ciśnienie: p=\frac{F}{S}
gęstość: \varrho =\frac{m}{V}
ciepło: Q=mc_{w}\Delta{T}
ciepło w przemianie fazowej - topnienie/krzepnięcie: Q=mF
ciepło w przemianie fazowej - parowanie/skraplanie: Q=mL
równanie stanu gazu: \frac{pV}{T}=const
równanie Clapeyrona: pV=nRT
równanie Mayera: C_{p}=C_{v}+R
I zasada termodynamiki: \Delta{U}=Q+W
praca (p=const): W=-p\Delta{V}
sprawność: \eta =\frac{W_{uz}}{Q_{wl}} ; \eta =\frac{Q_{1}-Q_{2}}{Q_{1}}
sprawność silnika Carnota: \eta =\frac{T_{1}-T_{2}}{T_{1}}
S - powierzchnia
c_w - ciepło właściwe
\Delta{T} - zmiana temperatury
F - ciepło topnienia/krzepnięcia
L - ciepło parowania/skraplania
n - liczba moli
R - stała gazowa
C_p (C_v) - ciepło molowe w przemianie izobarycznej (w przemianie izochorycznej)
W_{uz} - praca użyteczna
Q_{wl}, Q_1 - ciepło włożone, dostarczone
Q_2 - ciepło oddane
13. ATOM WODORU
energia atomu wodoru (model Bohra): E_{n}=-\frac{m_{e}e^4}{8\varepsilon _{0}^2h^2}\cdot \frac{1}{n^2}
m_e - masa elektronu
e - ładunek elektryczny elektronu
h - stała Plancka
n - numer orbity, n=1,2,...
14. OPTYKA
równanie soczewki - zwierciadła: \frac{1}{f}=\frac{1}{x}+\frac{1}{y}
cienka soczewka otoczona z obu stron tym samym ośrodkiem (promienie przyosiowe): \frac{1}{f}=\left(\frac{n_{socz}}{n_{otocz}}-1\right)\left(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2}\right)=Z
Powierzchnie soczewki numerujemy w kolejności przechodzenia światła. Promień krzywizny R_i jest dodatni, gdy środek krzywizny leży za daną powierzchnią w kierunku biegu padającego światła, a ujemny, gdy leży przed nią. Dla soczewki dwuwypukłej R_1>0 i R_2<0; dla powierzchni płaskiej 1/R_i=0.
zwierciadło sferyczne (promienie przyosiowe): f=\frac{R}{2}; tutaj R>0 dla zwierciadła wklęsłego i R<0 dla wypukłego.
zdolność skupiająca: Z=\frac{1}{f}
kąt graniczny przy przejściu z ośrodka 1 do 2, gdy n_1>n_2: \sin \alpha _{gr}=\frac{n_2}{n_1}
kąt Brewstera dla światła padającego z ośrodka 1 na granicę z ośrodkiem 2 (przezroczyste dielektryki niemagnetyczne): \tan\alpha _{B}=\frac{n_2}{n_1}=n_{2/1}
Bezwzględny współczynnik załamania światła: n=\frac{c}{v}
Współczynnik załamania ośrodka 2 względem ośrodka 1: n_{2/1}=\frac{n_2}{n_1}=\frac{v_1}{v_2}
x - odległość przedmiotu od cienkiej soczewki lub wierzchołka zwierciadła; dodatnia dla przedmiotu rzeczywistego, ujemna dla pozornego.
y - odległość obrazu od soczewki lub zwierciadła; dodatnia dla obrazu rzeczywistego, ujemna dla pozornego.
f - ogniskowa; dodatnia dla układu skupiającego, ujemna dla rozpraszającego. W równaniu obrazowania stosujemy te odległości ze znakami. We wzorze na zdolność skupiającą Z ogniskową podajemy w metrach, a wynik otrzymujemy w dioptriach (m⁻¹).
v - prędkość światła w danym ośrodku
c - prędkość światła w próżni (c = 299 792 458 m/s); w definicji bezwzględnego współczynnika załamania c zawsze oznacza prędkość światła w próżni
n - bezwzględny współczynnik załamania
- n1 - bezwzględny współczynnik załamania ośrodka 1 (z którego wychodzi światło)
- n2 - bezwzględny współczynnik załamania ośrodka 2
(do którego przechodzi światło) - n_{2/1} - względny współczynnik załamania ośrodka 2 względem ośrodka 1
- v_1, v_2 - prędkości światła odpowiednio w ośrodkach 1 i 2; kąty padania, załamania, graniczny i Brewstera mierzymy od normalnej do granicy ośrodków
15. FIZYKA WSPÓŁCZESNA
równoważność masy-energii: E=mc^2=\frac{m_{0}c^2}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}
pęd relatywistyczny: p=\frac{m_{0}v}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}
masa relatywistyczna: m=\frac{m_0}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}
UWAGA! - według niektórych podręczników powyższy wzór nie ma racji bytu, gdyż niektórzy uważają, że nie istnieje podział na masę spoczynkową i relatywistyczną, tylko że zmienia się pojęcie pędu w mechanice relatywistycznej, bądź ostrożny stosując pojęcie masy relatywistycznej!
dylatacja czasu: \Delta{t}=\frac{\Delta t'}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}
energia fotonu: E_{f}=h\nu=\frac{hc}{\lambda}
pęd fotonu: p_{f}=\frac{h}{\lambda }
fala de Broglie'a: \lambda _{br}=\frac{h}{p}
zasada nieoznaczoności: \Delta{p_{x}}\Delta{x}\geq \frac{h}{4\pi }
efekt fotoelektryczny: E_{f}=h\nu =W+E_{kmax}=h\nu_{gr}+(\frac{mv^2}{2})_{max}
rozpad promieniotwórczy: N=N_{0}\cdot (\frac{1}{2})^{\frac{t}{T_{1/2}}}
E - energia, także energia odpowiadająca danej masie, w szczególności E_f - energia fotonu
m - masa relatywistyczna
m_0 - masa spoczynkowa, masa którą ma dana cząstka/ciało podczas spoczynku, gdy v=0
c - prędkość światła w próżni, wynosi w przybliżeniu 3 \cdot 10^8 \frac{m}{s}
v - prędkość, najczęściej cząstki, rzadziej ciała, przynajmniej w mechanice relatywistycznej. Aby warto było stosować wzory relatywistyczne spełniać warunek v>0.1c
p - pęd relatywistyczny
p_f - pęd fotonu
\Delta{t} - inaczej oznaczany czasami jako t' - czas w układzie zewnętrznym (czas na zewnątrz układu poruszającego się z prędkością v>0.1c), czas ten jest zawsze większy od czasu wewnątrz układu
\Delta{{t}}' - inaczej oznaczany również jako t_0 - czas w układzie wewnętrznym (czas wewnątrz układu poruszającego się z prędkością v>0.1c), inaczej czas własny, czas ten jest zawsze mniejszy od czasu na zewnątrz układu gdyż jak wiemy czas płynie wolniej w układzie poruszającym się z prędkością bliską prędkości światła.
\nu - (wymowa ni) - częstotliwość fali, czasami używa się po prostu f
\lambda - długość fali, w szczególności \lambda_{br} - długość fali de Broglie'a (fali materii)
h - stała Plancka, wynosi około h=6.626\cdot 10^{-34} Js
\Delta{p_{x}} - nieoznaczoność (inaczej nieokreśloność) pędu cząstki w położeniu x
\Delta{x} - nieoznaczoność (inaczej nieokreśloność) punktu położenia cząstki
W - praca, w zadania związanych z efektem elektrycznym najczęściej jest to praca wyjścia, czyli graniczna (minimalna) energia potrzebna do "uwolnienia" elektronu z powierzchni metalu
E_{kmax} - energia kinetyczna maksymalna, energia osiągana przez najszybsze uwalniane elektrony
\nu_{gr} - częstotliwość graniczna, w efekcie fotoelektrycznym wielkość charakterystyczna dla danego metalu, jeżeli częstotliwość padających fotonów na powierzchnie metalu jest od niej większa to zachodzi efekt fotoelektryczny a więc zostają uwolnione elektrony z powierzchni metalu oraz uzyskują jakąś energię kinetyczną
N - inaczej oznaczane również jako funkcja N(t) - ilość (liczność) jąder atomowych (w przypadku rozpadu promieniotwórczego) w funkcji czasu t, czy też po czasie t.
N_0 - początkowa ilość jąder atomowych (zanim minął jakiś określony czas t)
t - czas który upłynął od chwili gdy jąder atomowych było N_0
T_{1/2} - czas połowicznego rozpadu, czyli czas potrzebny do rozpadu połowy jąder, wielkość charakterystyczna dla danego izotopu
16. HYDROSTATYKA
siła parcia: F=pS
ciśnienie hydrostatyczne: p=\rho gh
siła wyporu: F_{wyp}=\rho gV
p - ciśnienie
S - powierzchnia
\rho - gęstość
h - głębokość
V - objętość
g - przyspieszenie ziemskie
17. ASTRONOMIA
III prawo Keplera: \frac{T^2}{R_{sr}^3}=const
T - okres obiegu
R - promień obiegu
Komentarze (25)
RSS komentarzy · Powiadomienia e-mail
Dodaj komentarz
Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto